Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi kimia : Pembuatan Tembaga Skala Industri

Tembaga digunakan secara luas terutama terutama kabel listrik. Meskipun sering juga digunakan dalam mata uang, hal itu berarti bahwa kita menyentuh tembaga setiap kali kita memegang uang koin. Tembaga membentuk paduan lebih banyak daripada kebanyakan logam lainya, dan dengan berbagai elemen paduan, termasuk seng, timah, nikel dan aluminium. Logam ini ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan ketahanan terhadap aus dan korosi, tetapi tembaga juga mempengaruhi warna paduan.
Pembuatan Tembaga Skala Industri
Digram penggunaan tembaga
Di Inggris, tembaga terutama digunakan untuk membuat produk setengah jadi (disebut semis) yang terbuat dari logam halus, baik sebagai tembaga murni atau sebagai paduan tembaga. Semis juga bisa dalam bentuk kawat, batang, bar, plate, sheet, strip, foil atau tabung. Lebih dari setengah tembaga dijual dalam bentuk kabel, kawat dan tabung. Banyak dari sisanya dibuat menjadi paduan.
Sejauh ini penggunaan terbesar tembaga adalah untuk pembuatan kabel listrik, papan sirkuit cetak, lilitan generator, motor listrik dan transformator. Sebuah mobil misalnya, rata-rata memiliki sekitar satu mil dari kabel tembaga dengan massa 1 kilogram. Boeing baru 787 (Dreamliner) memiliki beberapa 120 mil dari kabel tembaga dengan massa 4 ton.

Tembaga juga digunakan dalam mobil di berbagai perangkat elektronik, seperti sensor untuk memonitor dan mengontrol suhu dan kecepatan.
Banyak tembaga yang digunakan dalam bangunan, tidak hanya di pipa tembaga dan kabel, tetapi juga dalam cladding, yang menghasilkan warna yang sangat menarik. Hal ini juga digunakan dalam lemari es dan unit pendingin udara untuk kemudahan fabrikasi dan sifat termal.

Pembuatan tembaga
Sekitar 80% dari tembaga utama dunia berasal dari bijih tembaga yang berasal dari mineral sulfida, misalnya, kalkopirit (CuFeS2) (bijih tembaga paling banyak), bornit (Cu5FeS4) dan kalkosit (Cu2S). Bijih ini mengandung biasanya hanya sekitar 0,5-2% tembaga. Sisa dari produksi primer berasal dari bijih tembaga yang berbentuk sebagai silikat, sulfat, karbonat dan oksida, yang telah dibentuk oleh pelapukan dan oksidasi mineral sulfida. Sekitar 30% dari seluruh produksi tembaga didapat dari bahan sekunder dan skrap yang didaur ulang.
Deposito utama dari bijih tembaga berada di Chile, AS bagian barat, Kanada, Zambia, Republik Demokratik Kongo dan Rusia.

Bingham Canyon di Utah di Amerika Serikat merupakan tambang tembaga terbesar di dunia
Bingham Canyon di Utah di Amerika Serikat merupakan tambang tembaga terbesar di dunia (Gb.Tiffany Beveridge)
Pembuatan tembaga berlangsung dalam tiga tahap:
a. Pengkonsentrasian bijih
b. Konversi sulfida dan senyawa tembaga lain untuk tembaga
c. Pemurnian tembaga

a) Konsentrasi bijih
Bijih diperkaya dengan flotasi buih. Bubuk bijih dicampur dengan minyak dan diaduk-aduk dengan air dalam sebuah tangki besar dengan penambahan deterjen.
Udara terkompresi dimasukan melalui campuran, dan partikel-partikel ringan dari tembaga sulfida dinaikan ke atas dan mengapung di buih. Lempung berat dan silikat lainnya mengendap pada dasar tangki. Residu ini dikenal sebagai 'gangue'. Kotoran pada permukaan Buih tembaga dibersihkan.
Pengkonsentrasi bijih tembaga dengan flotasi buih
Pengkonsentrasi bijih tembaga dengan flotasi buih.

b) Konversi dari sulfida dan senyawa tembaga lain menjadi tembaga
Konversi dilakukan dengan beberapa metode:
1. Dengan memanggang tembaga bijih sulfida
2. Proses pencucian
3. Metode bakteri

1. Dengan pemanggangan bijih tembaga sulfida
Bijih yang telah di flotasi dipanggang dengan cukup udara untuk mengubah besi sulfida menjadi besi (ll) oksida:

Campuran padat kemudian dicampur dengan kalsium karbonat (kapur), silika (pasir) dan dipanaskan sampai 1300 K. besi yang membentuk terak silikat dan tembaga (I) sulfida mencair dan tenggelam ke dasar tungku. Hal ini dikenal sebagai "matte tembaga".

Selanjutnya dilanjutkan dengan proses Isasmelt, bijih diperkaya (konsentrat), batu kapur dan silika bersama-sama dengan bahan bakar padat (batubara) yang dicampur dan ditekan menjadi pelet. Kemudian dimasukkan ke dalam tungku pembakaran dengan dan gas alam (metana) dimasukan melalui pipa dan minyak dengan udara yang kaya oksigen dipompa. 

Hal ini lebih ekonomis untuk menggunakan oksigen murni, atau udara yang kaya oksigen, bukan udara karena hal ini meningkatkan laju reaksi dan berarti bahwa pabrik kimia kecil dapat digunakan dan biaya bahan bakar berkurang. Selanjutnya itu membuat lebih mudah untuk memastikan bahwa tidak ada gas seperti sulfur dioksida yang hilang dan mencemari atmosfer ditambahkan oksigen pada gas tersebut.
Pembuatan tembaga menggunakan proses Isasmelt.
Pembuatan tembaga menggunakan proses Isasmelt.
Campuran ini dipompa ke bawah dengan kecepatan yang menyebabkan turbulensi dan menghasilkan reaksi yang sangat cepat. Proses ini sangat efisien dan sejumlah besar bahan baku dapat diproses dalam tungku relatif kecil.
"Matte tembaga" dan terak dipindahkan ke dalam tungku lain untuk di endapkan dan dipisahkan.
"Matte tembaga" kemudian pindah ke tungku lain dan udara atau udara yang kaya oksigen ditiukan untuk menghasilkan logam tembaga:

Sulfur dioksida sering diubah, di sipabrik menjadi asam sulfat.
Tembaga murni ini (kadar 99%) dikenal sebagai "tembaga lepuh". Kemudian ini dipanaskan sampai itu cair dan lebih banyak udara disuntikkan dalam untuk menghilangkan sulfur yang tidak diinginkan. Proses ini diikuti dengan injeksi metana untuk menghilangkan oksigen. Proses ini dikenal sebagai pemurnian api. Tembaga masih tidak murni kemudian dilemparkan ke anoda untuk elektro-pemurnian (elektrolisis).

2. Proses pencucian
Tembaga diperoleh dari bijih dengan memperlakukan bijih dengan larutan tembaga (ll) klorida dan besi (lll) klorida
Tembaga didapatkan kembali dalam bentuk tembaga (l) klorida. Untuk menjaga senyawa dalam larutan, natrium klorida ditambahkan. Dengan adanya ion klorida berlebih, terbentuk kompleks ion [CuCl2] yang larut dalam air:
Akhirnya, tembaga murni diperoleh dengan elektrolisis solusi dari ion [CuCl2] menjadi logam:
Tembaga (ll) klorida kemudian didaur ulang.

3.Metode bakteri
Sejumlah cukup besar dari tembaga yang diproduksi di Amerika Serikat diperoleh dengan menggunakan bakteri. Air diasamkan disemprotkan ke limbah tambang tembaga, yang mengandung kadar rendah tembaga. Ketika air menetes melalui batu hancur, bakteri Thiobadllus ferrooxidans, yang tumbuh subur di hadapan asam dan sulfur, memecah sulfida besi di batu dan mengkonversi besi (ll) menjadi besi (III) ion. Besi (lll) ion selanjutnya mengoksidasi ion sulfida pada tembaga sulfida menjadi sulfat, meninggalkan ion tembaga (ll) dalam larutan. Air-tembaga jenuh ini didapat kembali di bawah tumpukan, dan logam tembaga diperoleh dengan mereduksinya dengan besi tua:
c) Pemurnian tembaga
Apapun metode yang digunakan untuk memproduksi tembaga dari bijih, pemurnian akhir adalah dengan elektrolisis.  Lembaran tembaga murni (blister copper), bersama-sama dengan lembaran tipis dari logam tembaga murni atau stainless steel atau titanium direndam dalam larutan tembaga (ll) sulfat (0,3 mol/l) dan asam sulfat (2 mol dm/l). Tembaga atau baja lembaran murni dibuat katoda dari sel elektrolisis, dan lembaran tidak murni adalah anoda. Ini berarti bahwa ion tembaga terbentuk pada anoda (oksidasi terjadi) dan pindah ke larutan:

Pemurnian tembaga dengan elektrolisis.
Pemurnian tembaga dengan elektrolisis.
Ion bermigrasi ke katoda dan berkurang menuju tembaga murni dan diendapkan pada katoda. Dari waktu ke waktu, tembaga murni dikerok katoda.
Banyak kotoran dari anoda tembaga, seperti emas, perak, platinum dan timah, tidak larut dalam larutan elektrolit dan tidak menempel pada katoda. Sebaliknya, mereka disimpan sebagai 'anode slime' di bagian bawah tangki, yang secara berkala dihilangkan dan dikirim ke penyulingan khusus. Logam lainnya, misalnya besi dan nikel, yang larut, sehingga elektrolit harus terus dimurnikan untuk mencegah pengendapan yang berlebihan dari elemen-elemen ini ke katoda. Tembaga kemurnian minimal 99,99% diperoleh dengan cara ini.
Tembaga diperoleh kemudian akan dibuat menjadi bentuk yang mudah (seperti lembar, kawat, batang, tabung dll) untuk digunakan  dalam pembuatan benda-benda tembaga selanjutnya.

Katoda tembaga murni permunian tembaga di Kanada
Katoda tembaga murni permunian tembaga di Kanada (Gb.Anglo American.)

No comments:

Post a Comment